研究揭示火星核幔分離過程

核幔分異是類地行星歷史上規模最大的物質重組過程，奠定了類地行星的長期演化格局，為理解火星的形成演化和地球等類地行星的演化規律提供了重要參考。目前，由於數據的稀缺性以及火星核成分的不確定性，科學家對火星核幔分異過程尚不明晰。

二○二一年，科學家分析了美國宇航局“洞察”號着陸器的內部結構地震實驗資料，發現火星有一個很大但密度很低的核，由液態鐵和硫、碳、氧、氫這類輕元素組成。但研究結果顯示，火星核內輕元素的比例，比根據這些元素估算的火星形成早期豐度更高。早前，瑞士蘇黎世聯邦理工學院以及法國巴黎西岱大學的研究團隊，將最新一批火星地震信號與第一性原理類比計算和地球物理模型結合分析，估算了火星核的大小和組成。研究發現，火星的液態鐵核周圍有一層約一百五十公里厚的近熔融硅酸鹽岩石，其表面之前被誤認為是火星核的表面。然而，中國科學技術大學教授李雲國團隊等日前通過第一性原理自由能計算揭示了火星核和火星幔的分離過程，發現了約束火星的核幔分離發生在超於先前估計的高溫高壓條件下。該研究對理解火星內部結構與長期演化具有重要意義。

研究通過分析氧化鐵在核與幔物質間的分配行為，並結合美國“洞察”號火星探測器提供的火星化學組成資料，對火星的核幔分異過程進行了重新評估。研究人員採用第一性原理熱力學計算方法，模擬了液態鐵與硅酸鹽熔體之間的氧化鐵分配係數，結果與現有低壓實驗資料基本一致。同時，研究釐定了溫度、壓力、氧逸度和硫元素對分配行為的影響。

進一步，研究人員根據上述結果與火星氧化還原狀態對核幔分異模式條件進行了約束。研究發現，火星的核幔分異發生在超過二千四百四十K的溫度和十四至二十二GPa的壓力下。這些估計值高於此前相關報道，但與火星隕石中的中度親鐵元素豐度及火星聚積模型的結果相符。

這一研究修正了人們對火星核形成條件的認識，並為未來行星形成模型提供了新的研究視角。

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